基于51單片機的逆變電源的設(shè)計

江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計（論論文文） 題目：題目： 基于基于 MCS51MCS51 單片機的超聲波測距儀設(shè)計單片機的超聲波測距儀設(shè)計 系系 ( (院院) )信息技術(shù)學(xué)院 專業(yè)班級專業(yè)班級12 應(yīng)用電子 學(xué)學(xué) 號號 學(xué)生姓名學(xué)生姓名萬小偉 校內(nèi)導(dǎo)師校內(nèi)導(dǎo)師董李江職職 稱稱老師 企業(yè)導(dǎo)師企業(yè)導(dǎo)師夏國平職職 稱稱工程師 企業(yè)導(dǎo)師企業(yè)導(dǎo)師潘仕美職職 稱稱研究生 2015 年 5 月 12 日 基于基于 MCS51MCS51 單片機的超聲波測距儀設(shè)計單片機的超聲波測距儀設(shè)計 摘要：伴隨著社會的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷地提高，各個的城市不斷地在發(fā)展， 當(dāng)然城市的排水系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展和改進，由于很多的原因和很多的因素，每個城 市的排水系統(tǒng)，現(xiàn)在的城市的發(fā)展和建設(shè)往往忽略一些重要的項目那就是排水系統(tǒng)。所 以好多的城市經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑和工程設(shè)施來改進排水系統(tǒng)因此他們忽視 到這個問題的嚴重性。 因此，我的論文設(shè)計是采用以 AT89C51 單片機為核心的高精度、微型化數(shù)字顯示超 聲波測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計方法它還有一個重要的指標(biāo)那就是低成本一種的設(shè)計 方法。 通過一系列的實驗反饋，這個軟件設(shè)計的非常的合理、低成本、實時性良好，經(jīng)過 開發(fā)和研究，因此在許多的方面得到很多的發(fā)展和有效的解決一些重要的問題比如在汽 車的倒車，建筑的工地上，還有一些重要的工業(yè)現(xiàn)場的重要的位置等等。 關(guān)鍵詞：超聲波 測距儀 AT89C51 The design of ultrasonic range finder based on MCS51 Abstract:With the development of science and technology, the improvement of peoples standard of living, speeding up the development and construction of the city. urban drainage system have greatly developed their situation is constantly improving. control system Free sewage culvert clear guarantee robot, the robot is designed to clear the culvert sewage to the core. At the core of the design using AT89C51 low-cost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. signal processing, and the ultrasonic range finder function. On the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module. Keywords: Silent Wave Measure Distance AT89S52 目 錄 第一章第一章 緒論緒論 .- 1 - 11 課題設(shè)計的目的和意義 .- 1 - 1.2 超聲波測距儀設(shè)計思路 .- 1 - 1.2.1 超聲波測距原理及方案論證 .- 1 - 1.2.2 超聲波測距儀原理框圖 .- 2 - 第二章第二章 課程的方案設(shè)計課程的方案設(shè)計 .- 3 - 2.1 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計 .- 3 - 第三章第三章 5151 系列單片機的功能特點及測距原理系列單片機的功能特點及測距原理.- 3 - 3.1 基于 51 系列單片機的功能特點 .- 3 - 3.2 單片機實現(xiàn)測距原理 .- 4 - 3.3 超聲波測距原理和結(jié)構(gòu) .- 5 - 3.4 超聲波檢測發(fā)射電路 .- 5 - 3.5 超聲波檢測接受電路 .- 5 - 第四章第四章 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試和程序圖系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試和程序圖 .- 6 - 總總 結(jié)結(jié) .- 10 - 致致 謝謝 .- 10 - 參考文獻 .- 11 - - 1 - 第一章第一章 緒論緒論 11 課題設(shè)計的目的和意義課題設(shè)計的目的和意義 論文設(shè)計目的；隨著社會的不斷地發(fā)展，電子測量技術(shù)得到了長遠的展，超聲波的 精準(zhǔn)測量得到了科技人員的重視和研究。隨著城市的經(jīng)濟的發(fā)展，人們開始廣泛的使用 電子測量技術(shù)，然而以精準(zhǔn)著稱的超聲波走進了人們的生活中，超聲波性價比高，功能 強開始得到人們的青睞。20HZ 的聲波我們把它稱為超聲波。超聲波和其他的機械波一樣 擁有它傳播的介質(zhì)，比如在發(fā)生折射及反射現(xiàn)象分界面中的介質(zhì)里傳播，進入介質(zhì)中傳 播和不斷發(fā)生衰減的現(xiàn)象。由于超聲波具有這些特種和現(xiàn)象，因此把超聲波用來測量距 離。通過實驗我們知道超聲波的準(zhǔn)確性非常的高下面我會證明的，在現(xiàn)在我們的生活水 平和技術(shù)不斷的開發(fā)，超聲波測距技術(shù)也是我們不可或缺的一項科技它也融入到我們的 生活中。大多數(shù)的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，用于倒車，冷庫的測量， 工程的測量，超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不會受任何的介質(zhì)和其他的一些物質(zhì)受 到影響的所以我們可以放心使用，超聲波還有一項很重要的性能那就是衛(wèi)生沒有污染， 當(dāng)然除了衛(wèi)生還有它非常的耐潮濕和耐高溫以及對一些環(huán)境非常惡劣的情況下和一些腐 蝕的氣體都不會受到任何的影響。所以具有好多西優(yōu)秀的特征比如：少污染，可靠高， 和壽命長等等。因此礦業(yè)、電廠、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品、 防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等都得到了很大運用。水，糖，和一些我們常 喝的飲料中大大的改善我們生活的質(zhì)量的保證。超聲波在各種環(huán)境中可以有效地控制距 離的準(zhǔn)確性還有好的企業(yè)直接很好地運用到。因此，因此超聲波可以在不同的環(huán)境中有 著不同的應(yīng)用和發(fā)展。用超聲波檢測通?？焖俦憬?、方便、計算簡單、很容易實現(xiàn)控制 等，而且在測量精度方面能達各種企業(yè)的發(fā)展的要求標(biāo)準(zhǔn)，因此超聲波開發(fā)減輕人們負 擔(dān)，提高準(zhǔn)確性是一項重要的指標(biāo)，在一些科技館中我們看到很多的機器人可以準(zhǔn)確的 避障礙物行走，就是因為機器人內(nèi)部中裝有超聲波的準(zhǔn)確測距，從而使得機器人很快的 獲知障礙物的距離，方向等一系列的障礙因素。所以超聲波在科技中得到了永久的發(fā)展 這是一座里程碑。所以超聲波上具有的優(yōu)點在各個行業(yè)都有舉足輕重的發(fā)展，它代表著 人類的進步，發(fā)展，探知的一個重要的里程碑。 1.2 超聲波測距儀設(shè)計思路超聲波測距儀設(shè)計思路 1.2.1 超聲波測距原理及方案論證 超聲波傳感器好和測距原理:通過科學(xué)家的研究結(jié)果表明把超過 20HZ 頻率的聲波稱 之為超生波。通過超聲波傳感器發(fā)出來的聲波和接受聲波，我們稱為超聲波換能器或超 聲波探頭。在超聲波中我們把它設(shè)計為超聲波傳感器里面擁有發(fā)射器和接受器.下面我解 釋一下超聲波傳感器的一些重要的原理：我們利用壓電的效應(yīng)原理將壓電效應(yīng)出來的電 能和超聲波傳感器發(fā)出的超聲波完美的相互轉(zhuǎn)化，因此在發(fā)射超聲波的時候，則將超聲 - 2 - 波轉(zhuǎn)化為電能，我們發(fā)射超聲波的時候在它收回波時，我們就可以把超聲波的震動轉(zhuǎn)化 為電信號，這也是人類進步的一個標(biāo)準(zhǔn)。 我在解釋一下超聲波測距的原理是什么：超聲波測距的原理我們一般采用的是叫渡 越時間簡稱為 TOF，首先我們要先測出我們已經(jīng)發(fā)射超聲時所遇到的障礙物往返所用的時 間 t，最后在和超聲波所發(fā)射的速度相乘即就可以得到障礙物和二倍聲源之間的距離。 根據(jù)要求和研究和它方面的因素，在超聲波測距中我們一般都用叫動態(tài)掃描的一種 重要的方法從來成功的實現(xiàn)出 LED 的數(shù)字顯示的功能，而在超聲波測距里的結(jié)構(gòu)我們用 的是 AT89C52 的單片機來實現(xiàn)的。原因是單片機的定時器可以完美的完成超聲波的驅(qū)動 信號從而形成超聲波的測距儀 圖 1.2.1 超聲波測距儀的系統(tǒng)框 1.2.2 超聲波測距儀原理框圖 超聲波測距原理圖 1.2.2 所示。超聲波發(fā)出 40kHZ 的信號，隨后進行放大，在經(jīng)過 超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器可以汲取到超聲波發(fā)射的信號，繼而通過放大器的放 大效果，在用鎖相電路舉行檢波處置后，最終驅(qū)動單片機的中止流程，繼而得出這個時 段的時間 t，再由其他軟件進行識別，從而得出它的距離送到 LED。 超聲波發(fā)射器 放大電路超聲波接收器 放大電路 鎖相環(huán) 檢波電路 定時器 單片機 控制 顯示器 圖 1.2.2 超聲波測距儀原理框圖 - 3 - 第二章第二章 課程的方案設(shè)計課程的方案設(shè)計 2.1 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計系統(tǒng)整體方案的設(shè)計 因為超聲波具有指向性強的一個重要的特征，所以在介質(zhì)中超聲波傳布的間隔是比 較遠的，于是在距離的測量上超聲波得到了很大的運用?，F(xiàn)在在一些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上都可以 達到自動化的效果，因為他們有效合理的利用超聲波測距的一些重要的指標(biāo)加以實現(xiàn)自 動化的效果比如它設(shè)計方便，計算處理簡單等等，大大的提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)頻率。可以看出 超聲波在越來越多的領(lǐng)域上的得到發(fā)展和升華。 使用超聲波的放射出和承受超是聲波測距的理論，按照超聲波流傳的時間檢測超聲 波所傳布的距離。所以它在很多儀器被運用其中有一種測距儀是將發(fā)射波被一些東西反 彈回來后吸收的反射波方式。 第三章第三章 5151 系列單片機的功能特點及測距原理系列單片機的功能特點及測距原理 3.1 基于基于 51 系列單片機的功能特點系列單片機的功能特點 我們知道在 5l 系列單片機中最經(jīng)典的芯片也就是 AT89C2，它一般選用的是 40 引腳 雙列直插拼裝形式效果，在它的里面是由 CPU，4kB 的 ROM，256 B 的 RAM，2 個 16b 的定 時計數(shù)器 TO 和 T1，4 個 8 b 的工O 端 I：IP0，P1，P2，P3，一個全雙功串行通信口 等組成。 圖 3.1 該系列單片機引腳與封裝 5l 系列單片機可以供應(yīng)下列功效：4 kB 存儲器；256 BRAM；32 條工O 線；2 個 16b 定時計數(shù)器；5 個 2 級中斷源；1 個全雙向的串行口以及時鐘電路。 - 4 - 掉電的形式：保留 RAM 的內(nèi)容，振蕩器停振，抑制芯片所有的其余的功效一直到下 一次硬件復(fù)位為止。 空閑的形式：CPU 停止工作，而讓 RAM、定時計數(shù)器、串行口和中止系統(tǒng)不斷地進 行工作的形式。 3.2 單片機實現(xiàn)測距原理單片機實現(xiàn)測距原理 我們知道通過單片機發(fā)出超聲波測距是不斷的檢測超聲波發(fā)射后所遇到額碰撞物障 和礙物所折射的回波，因此可以測出發(fā)射和回收回波的時間差為 tr，最后可以求出它的 距離為 SCt2，其中的 C 的定義為為超聲波波速。 為了限制這個系統(tǒng)的最大可測距離一般存在 4 個重要的因素：超聲波的幅度、反射 的質(zhì)地、反射以及入射聲波之間的夾角和接收換能器的靈敏度。為了增加超聲波所測量 的覆蓋范圍以及減小測量誤差度，所以一般可以采用多個超聲波換能器分別作為多路超 聲波發(fā)射和接收的設(shè)計方法。它的測量一般和溫度有關(guān)。 圖 3.2 幾種溫度速度 因為有測距時它的溫度連續(xù)不斷的變化可以看出，在通過溫度傳感器自動探測環(huán)境 溫度下可以知道，肯定要計算距離時候的波速 C，以及比較精確地算出該環(huán)境下超聲波通 過的路程，為了提升它的測量精確度。一般在波速確定后的時候，從而測得超聲波往返 的時間 r，即而可以得出距離 5。 圖 3.2.1 系統(tǒng)原理框 在單片機發(fā)出短暫的 40kHz 信號的時候，繼而通過放大后通過超聲波換能器輸出； 在反射后的超聲波通過超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，在鎖相環(huán)對此信號鎖定，由于產(chǎn) 生鎖定信號啟動單片機中斷程序，從而得出時間 t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后， 相應(yīng)的計算結(jié)果被送至 LED 顯示電路進行顯示，若測得的距離超出設(shè)定范圍系統(tǒng)提示聲 音報警電路報警。 - 5 - 3.3 超聲波超聲波測距原理和結(jié)構(gòu)測距原理和結(jié)構(gòu) 在任何一方向發(fā)射超聲波的時候，同時開始計時在發(fā)射時刻的時候，可以知道超聲 波在空氣中不斷的傳播和發(fā)射，在途中碰到一些的障礙物就立即返回來，超聲波接收器 立即停止計時。在空氣中超聲波的傳播速度一般為 340m/s，根據(jù)記錄的時間 t，則可以 計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，公式為：s=340t/2 。 我們知道超聲波易于定向方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的 優(yōu)點，是作為液體高度測量的理想手段。通過分析超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因，提高測 量時間差到微秒級，以及用 LM92 溫度傳感器進行聲波傳播速度的補償后，我們設(shè)計的高 精度超聲波測距儀能達到毫米級的測量精度。 在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精度，但是目前國內(nèi)的超聲波測距專用 集成電路都是只有厘米級的測量精度。 3.4 超聲波檢測發(fā)射電路超聲波檢測發(fā)射電路 利用 555 時基電路振蕩產(chǎn)生超聲波信號它的頻率是 40HZ，使它的頻率與換能器的 40kHz 固有頻率一樣 555 時基具有足夠驅(qū)動能力是 12V 的電壓。由單片機控制。 圖 3.4 超聲波發(fā)射電路原理圖 3.5 超聲波檢測接受電路超聲波檢測接受電路 采用集成電路 CX20106A 是超聲波接收電路，我們經(jīng)常用的電視機紅外遙控接收器。 是利用一款紅外線檢波接收超聲波的專業(yè)芯片。設(shè)計者考慮到紅外遙控常用的載波頻率 38KHz 與測距超聲波頻率40KHz 比較的相近所以利用它我們把它作為超聲波檢測電路。通 過實驗證明它具有較強的干擾能力和很高的靈活性。因此適當(dāng)改變 C4的大小，就可以改 變接受電路的抗干擾能力以及靈敏度。 TRIG 2 Q 3 R 4p1.1p1.1 CVolt 5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 555 p1.1 3300P C5 0.1 C6 T R51k +12V 5k R6 - 6 - 第四章第四章 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試和程序圖和程序圖 超聲波發(fā)射和接收采用 15 的超聲波換能器 TCT40-10F1 和 TCT40-10S1，40HZ 是它 的主要頻率，從而保持在兩換能器中心軸線平行并相距 48cm。 測距儀能測的范圍為 0.083.00m，測距儀精度 1cm。是它的主要性能指標(biāo) 下面是我寫的一些程序的清單是用匯編語言編寫的超聲波測距控制源程序：先采用 AT89S52 單片機和 12z 晶振顯示緩沖單元在，使用內(nèi)存 44H、45H、46H 用于計算距離 20H 用于標(biāo)志。 VOUT EQU P1.0; /脈沖輸出端口 *中斷入口程序* ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 000BH LJMP INTT0 ORG 0013H RETI ORG 001BH LJMP INTT1 ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI *主程序* START: MOV SP, #4FH MOV R0, #40H; /4043H 為顯示數(shù)據(jù)存放單元 MOV R7,#0BH CLEARDISP:MOV R0, #00H INC R0 DJNZ R7, CLEARDISP MOV 20H, #00H MOV TMOD, #21H; /T1 為 8 位自動重裝模式 MOV TH0, #00H; /65ms 初值 MOV TL0, #00H; /40KHz 初值 MOV TH1, #0F2H MOV TL1, #0F2H MOV P0, #0FFH MOV P1, #0FFH MOV P2, #0FFH MOV P3, #0FFH MOV R4, #04H； /超聲波脈沖個數(shù)控制（為賦值的 一半） SETB PX0 SETB ET0 STEB EA CLR 00H SETB TR0 ;開啟測距定時器 START1: LCALL DISPLAY JNB 00H, START1; /收到反射信號時標(biāo)志位為 1 CLR EA LCALL WORK； /計算距離子程序 SETB EA CLR 00H SETB TR0 ； /重新開啟測距定時器 MOV R2, #64H ； - 7 - /測量間隔控制（約 4*100=400ms） LOOP: LCALL DISPLAY DJNZ R2, LOOP SJMP START 1 *中斷程序* ;T0 中斷，65ms 中斷一次 INTT0: CLR EA CLR TR0 MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H SETB ET1 SETB EA SETB TR0; /啟動計時器 T0，用以計算超聲波 來回時間 SETB TR1; /開啟發(fā)超聲波用定時器 T1 OUT: RETI ;T1 中斷，發(fā)超聲波用 INTT1: CPL VOUT DJNZ R4,RETIOUT CLR TR1； /超聲波發(fā)送完畢，關(guān) T1 CLR ET1 MOV R4,#04H SETB EX0； /開啟接收回波中斷 RETIOUT: RETI ;外中斷 0，收到回波時進入 PINT0: CLR TR0；關(guān)計數(shù)器 CLR TR1 CLR ET1 CLR EA CLR EX0 MOV 44H, TL0 ； /將計數(shù)值移入處理單元 MOV 45H, TH0 SETB 00H；接收成 功標(biāo)志 RETI *延時程序* DL1MS: MOV R6, #14H DL1: MOV R7, #19H DJNZ R6, DL1 RET *顯示程序* DISPLAY：MOV R1, #40H;G MOV R5,#0F7H;G PLAY:MOV A, R5 MOV P0, #0FFH MOV P2, A MOV A, R1 MOV DPTR, #TAB MOVCA, A+DPTR MOVP0, A LCALL DLIMS INCR1 MOVA, R5 JNBACC.0, ENDOUT;G RRA MOVR5, A AJMPPLAY ENDOUT; MOVP2, #0FFH MOV P0, #0FFH RET TAB; DB 0C0H,0F9H,0A4H, 0B0H,99H,92H,82H,0F8H, 80H,90H,0FFH,88H,0BFH ；共陽數(shù)碼管 0 ,1, 2,3,4,5,6,7,8,9/不亮 - 8 - *超聲波距離的計算程序的公式 (=計算值17/1000cm) 一般的 WORK: PUSHACC PUSH PSW PUSH B MOV PSW, #18H MOV R3, 45H MOV R2, 44H MOV R1, #00D MOV R0, #17D LCALL MUL2BY2 MOV R3, #03H MOV R2, #0E8H LCALLDIV4BY2 LCALLDIV4BY2 MOV 40H, R4 MOV A, 40H JNZ JJ0 MOV 40H, #0AH; /最高位為 0，不點亮 JJ0:MOV AR0 MOV R4, A MOV AR1 MOV R5 A MOV R3, #00D MOV R2, #100D LCALLDIV4BY2 MOV 41H, R4 MOV A, 41H JNZ JJ1 MOV A, 40H； /這個高位為 0， 最先看看最高位是不是不亮 SUBBA, #0AH JNZ JJ1 MOV 41H, #0AH； /最高位不亮，次高位也不亮 JJ1: MOVA, R0 MOV R4, A MOV A, R1 MOV R5, A MOV R3, #00D MOV R2, #10D LCALL DIV4BY2 MOV 42H, R4 MOV A42H JNZ JJ2 MOV A, 41H; /這個次高位為 0，最先看看次 高位是不是不亮 SUBBA, #0AH JNZ JJ2 MOV 42H, #0AH； /次高位不亮，次高位也不亮 JJ2:MOV 43H, R0 POP B POP PSW POP ACC RET *兩字節(jié)無符號數(shù)乘法程序 MUL2BY2:CLR A MOV R7, A MOV R6, A MOV R5, A MOV R4, A MOV 46H, #10H MULLOOP1: CLR C MOV A, R4 RLC A MOV R4, A MOV A, R5 RLC A MOV R5, A MOV A, R6 - 9 - RLC A MOV R6, A MOV A, R7 RLC A MOV R7, A MOV A, R0 RLC A MOV R0, A MOV A, R1 RLC A MOV R1, A JNC MULLOOP2 MOV A, R4 ADD A, R2 MOV R4, A MOV A, R5 ADDCA, R3 MOV R5, A MOV A, R6 ADDCA, #00H MOV R6, A MOV A, R7 ADDCA, #00H MOV R7, A MULLOOP2: DJNZ46H, MULLOOP1 RET *四字節(jié)/兩字節(jié)無符號數(shù)除法程序 DIV4BY2:MOV 46H, #20H MOV R0, #00H MOV R1, #00H DIVLOOP1: MOV A, R4 RLC A MOV R4, A MOV A, R5 RLC A MOV R5, A MOV A, R6 RLC A MOV R6, A MOV A, R7 RLC A MOV R7, A MOV A, R0 RLC A MOV R0, A MOV A, R1 RLC A MOV R1, A CLR C MOV A, R0 SUBBA, R2 MOV B, A MOV A, R1 SUBBA, R3 JCDIVLOOP2 MOV R0, B MOV R1, A DIVLOOP2: CPL C DJNZ46H, DIVLOOP1 MOV A, R4 RLC A MOV R4, A MOV A, R5 RLC A MOV R5, A MOV A, R6 RLC A MOV R6, A MOV A, R7 RL